Энергоанализатор пучков заряженных частиц Советский патент 1992 года по МПК H01J49/48 

ложенной за экраном против приемного отверстия, фильтр 8 высоких энергий из трех прозрачных полусферических сеток 9,10,11, центры которых совпадают с источником, делитель 12 напряжения. Благодаря тому, что набор сферических сегментов 2 расположен вблизи огибающей траекторий заряженных частиц, имеющих энергию, равную

энергии настройки анализатора, набор сегментов работает как фильтр низких энергий, убирая неинформативные частицы. Геометрические размеры связаны с сопротивлениями резисторов делителя 12 так, чтобы осуществлялась идеальная угловая фокусировка. 2 ил.

Изобретение относится к спектроскопии пучков заряженных частиц и может быть использовано при создании светосильных энергоанализаторов высокой разрешающей способности для исследования энергоугловых распределителей в потоках заряженных частиц малых и средних энергий. Целью изобретения является одновременное повышение разрешающей способности и чувствительности энергоанализатора. Энергоанализатор содержит внутренний полусферический электрод 1 радиуса R0, выполненный из мелкодисперсной высокопрозрачной металлической сетки, набор сферических концентрических сегментов 2. плоский экран 3, содержащий приемное отверстие 4, причем в плоское™ экрана располагается источник 5, набор кольцевых электродов 6, на которые подаются потенциалы для защиты области рабочего поля энергоанализатора, детектор 7 на основе плоской микроканальной пластины, распо w Ј СО CJ о о ..$./

Изобретение относится к спектроскоп пии пучков заряженных частиц и может быть использовано при создании светосильных энергоанализаторов высокой разрешающей способности для исследования энергоугловых распределений в потоках заряженных частиц малых и средних энергий.

Целью изобретения является одновременное улучшение разрешающей способ ности и чувствительности энергоуглового анализа.,

На фиг.1 изображен схематично энергоанализатор пучков заряженных частиц; на фиг.2-схема хода трех траекторий частиц различных энергий, вылетающих под углом а 90° (1 0,7).

Энергоанализатор пучков заряженных частиц состоит из внутреннего полусферического электрода 1 радиуса Ro. выполненного из мелкодисперсной высокопрозрачной металлической сетки (в другом варианте - это тонкий полусферический электрод с набором узких щелей, расположенных в меридианаль- ных плоскостях, сходящих на линии, соединяющей источник и центр выходного отверстия); набора сферических концентрических сегментов 2, радиусы которых-В ыби- раются из интервала (l/Ro Ri 2 R0: плоского экрана 3, содержащего приемное отверстие 4, в плоскости экрана 3 располагается источник 5, причем источник 5 и отверстие 4 равноудалены от центра О сферических электродов, набора кольцевых электродов 6, на которые подаются потенциалы для защиты области рабочего поля энергоанализатора, детектора 7 на основе, плоской микроканальной пластины, расположенной за экраном 3 против приемного отверстия 4, фильтра 8 высоких энергий из трех прозрачных полусферических сеток 9- 11, центры которых совпадают с источником 5. На сегменты 2 с делителя 12 подают задерживающие потенциалы DI в соответствии с эквипотенциалами сферического поля - , на которых эти сегменты находятся

(1)

где Ui - потенциал на первом сегменте (радиус первого сегмента составляет Rr 2R0.

В режиме без сужения полосы пропускания энергоанализатор работает следующим образом.

Внутренний электрод 1 и сетки фильтра 8 находятся под нулевым потенциалом. Источник 5 эмиттирует заряженные частицы под различными углами а в телесный угол, близкий к In, Поток частиц через внутренний электрод 1 поступает в область тормозящего Сферического поля и испытывает

отражение. Согласно условию идеальной угловой фокусировки в сферическом зеркале (СЗ) при заданной величине задерживающего потенциала Ui на первом сегменте иUi на остальных сегментах набора 2 заряженные

частицы, кинетическая энергия которых Ео удовлетворяет соотношению qU 1 / Е0 1, фокусируются на приемное отверстие 4, после прохождения отверстия 4 попадают на поверхность микроканальной пластины 7, регистрирующей при заданной энергии настройки анализатора функцию распределения эмиттируемых источником 5 заряженных частиц как по полярному (сг 0 -- )

, так и по азимутальному (0-2л:) углам. Благодаря присутствию СЗ линейной дисперсии, изменяя задерживающие потенциалы на электродах 2, последовательно в спектрометрическом режиме регистрируют угловые распределения частиц при различных кинетических энергиях. АФ в этом режиме размыта по основанию.

В режиме сужения полосы пропускания

улучшение АФ энергоанализатора, повышение его разрешающей способности, а также

устранение искажений при угловых измерениях, осуществляются посредством дополнительного сужения -пропускаемого энергоанализатором энергетического интервала в результате включения в работу двойного фильтра. С этой целью между сетками 9 и 10 высокоэнергетического фильтра 8 создают задерживающее поле, через которое от источника 5 проходят заряженные частицы с кинетической энергией, превышающей высоту потенциального барьера, создаваемого полем. Далее эти частицы подускоряются полем между сетками фильтра 10 и 11, приобретая дополнительную кинетическую энергию порядка 50-100 эВ, и поступают в поле СЗ. которое настроено на режим идеальной угловой фокусировки частиц с кинетической энергией, соответствующей низкоэнергетинескому краю полосы пропускания высокоэнергетического фильтра 8.

Низкоэнергетический фильтр сформирован набором из сферических сегментов 2, расположенных вблизи сгибающей пучка (фиг.1, штриховая линия) и находящихся под потенциалами DI, благодаря чему лишь те частицы отражаются от поля СЗ и фокусируются на приемном отверстии 4, кинетическая энергия которых приходится на участок низкоэнергетического края спектра частиц, прошедших через первый фильтр. .Частицы больших энергий, траектории которых пересекают контур сегментов 2, рассеиваются, поглощаются поверхностью сегментов (или простреливают их насквозь), если сегменты выполнены из прозрачной сетки) и выбивают из пучка. В режиме дисперсии, согласованно изменяя потенциалы на сегментах 2 и сетках фильтра 8 так, чтобы энергия пропускания соответствовала участку низкоэнергетического края спектра частиц, прошедших через фильтр 8, с помощью микроканальной пластины 7 регистрируют угловые распределения частиц при различий кинетических энергиях в условиях скоррегированной аппаратной фуи кции анализатора.

. В полярных координатах R,d уравнение огибающей пучка в условиях идеальной угг. ловой фокусировки СЗ имеет вид

пи

(2)

Производная от Rm по величине относительной энергии d g dE/Eo также равна

d Rm dЈ

1 + STl - I2sin2a ,

(3)

Выберем величину радиального зазора ,А разделяющего сферические сегменты. Пусть один край каждого сегмента ложится на огибающую пучка, тогда можно рассчитать угловые координаты краев сегментов по формуле

55

sin

« - n 1,n- 1.2 (4)

Пятисегментная отражающая система рассчитана для l 1,7; Д 0.06;а i 29;2°,а а ,7°; а .$ 54,8°; ,2°. В рассматои- / ваемом случае максимальную глубину проникновения отражаемых фильтром частиц за линию огибающей пучка можно оценить как ARm А/2. а энергетическое разрешение низкоэнергетического фильтра определяют по формуле (3):

е

100-Д

2 1+VT TTinTaT

% (5)

Для «г90°Ј 1,75%. Низкоэнергетическое разрешение сеточного высокоэнергетического фильтра может быть меньше 1%. Суммарное энергетическое разрешение системы двух фильтррв составит 2-3%, что в несколько раз меньше величины размытия аппаратной функции У основания известного устройства. На указанном примере показана возможность бездиепер- сного сужения энергетического интервала пучка, что позволяет в режиме дисперсии в 2-3 раза улучшить разрешение энергоанализатора и поднять его чувствительность.

Таким образом, предлагаемый энергоанализатор по сравнению с известным имеет узкую по основанию аппаратную функцию (2-3% по сравнению с 10-15%) и поэтому более высокую (в 2-3 раза) разрешающую способность и чувствительность, не искажает угловое распределение заря

женных частиц при регистрации, в результате повышается качество получаемой информации..

Форм у-л а изобретения Энергоанализатор пучков заряженных частиц, содержащий два электрода: внутренний - в форме сетчатой полусферы и наружный - в форме части сферы вдвое большего радиуса и концентричный с внутренним электродом, плоский экран с приемным отверстием, расположенный в секущей плоскости внутреннего полусферического электрода, расположенный во внутреннем электроде фильтр высоких энергий из полусферических сетчатых электродов с общим

центром на секущей плоскости внутреннего электрода, а также плоский координатно- чувствительный детектор, расположенный по ходу пучка частиц за приемным отверстием в плоском экране, отличающийся тем, что. с целью одновременного улучшения разрешающей способности и чувствительности энергоуглового анализа, между внутренним и наружным электродами введены дополнительные электроды в форме кольцевых сферических сегментов, концентричных внутреннему сферическому электроду и имеющих радиусы RI, м, лежащие в интервале

Ro 1 + VT- (l/Ro )2 Ri 2Re д

V

причем ближайший к секущей плоскости край каждого сегмента находится на поверхности вращения, образующая которой описывается соотношением

0

5

R Ro 1 + VT - ( l/Ro f sin cT

где Ro - радиус внутреннего сферического электрода, м;

I - удаление общего центра электррдов фильтра высоких энергий от общего центра внутреннего и наружного электродов, м;

а - полярный угол, отсчитываемый от поверхности плоского экрана с приемным отверстием (рад),

а также дополнительно введен делитель напряжения из последовательно соединенных резисторов, подключенных к соответствующим дополнительным .электродам, а сопротивления которых п,...гп, ом связаны соотношением

20

ПГ2,..Гп (рг-